package com.zhuang.huffmancode;

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.*;

public class HubffmanCode {
    public static void main(String[] args) {

        //测试压缩文件
        // String srcFile = "d://Uninstall.xml";
        // String dstFile = "d://Uninstall.zip";

        // zipFile(srcFile, dstFile);
        //  System.out.println("压缩文件ok~~");


        //测试解压文件
        String zipFile = "d://Uninstall.zip";
        String dstFile = "d://Uninstall2.xml";
        unZipFile(zipFile, dstFile);
        System.out.println("解压成功!");
        /*
        String str = "i like like like java do you like a java";
        byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        System.out.println(bytes.length);

        byte[] huffmanCodesBytes = huffmanZip(bytes);
        System.out.println("huffmanCodesBytes = " + Arrays.toString(huffmanCodesBytes) + "长度为" + huffmanCodesBytes.length);
        */
        /*
        List<Node> nodes = getNodes(bytes);
        System.out.println(nodes.toString());
        System.out.println("赫夫曼树");
        Node huffmanTreeRoot = createHuffmanTree(nodes);
        huffmanTreeRoot.perOrder();
        getCodes(huffmanTreeRoot, "", stringBuilder);
        System.out.println("生成的赫夫曼编码表" + huffmanCodes);


        byte[] huffmanCodeBytes = zip(bytes, huffmanCodes);
        System.out.println("huffmanCodeBytes = " + Arrays.toString(huffmanCodeBytes));
        */
        /*
        byte[] sourceBytes = decode(huffmanCodes, huffmanCodesBytes);
        System.out.println("sourceBytes = " + new String(sourceBytes));
         */

    }

    /* 生成赫夫曼树对应的赫夫曼编码
    将赫夫曼编码表存放在 Map<Byte,String> 形式
    生成的赫夫曼编码表{32=01, 97=100, 100=11000, 117=11001, 101=1110, 118=11011, 105=101, 121=11010, 106=0010, 107=1111, 108=000, 111=0011}
     */
    static HashMap<Byte, String> huffmanCodes = new HashMap<>();
    // 在生成赫夫曼编码表示，需要去拼接路径, 定义一个StringBuilder 存储某个叶子结点的路径
    static StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

    /**
     * 将传入的node节点的所有子节点的赫夫曼编码得到，并放入到huffmanCodes集合
     *
     * @param node          传入节点
     * @param code          路径 左子节点为0，右子节点为0
     * @param stringBuilder 用于拼接路径
     */
    public static void getCodes(Node node, java.lang.String code, StringBuilder stringBuilder) {
        StringBuilder stringBuilder2 = new StringBuilder(stringBuilder);
        stringBuilder2.append(code);
        // 如果node==null 不处理
        if (node != null) {
            if (node.data == null) {
                // 判断当前node是叶子节点还是非叶子节点
                // 向左递归
                getCodes(node.left, "0", stringBuilder2);
                // 向右递归
                getCodes(node.right, "1", stringBuilder2);
            } else {
                // 说明是叶子节点 表示找到某个节点的最后
                huffmanCodes.put(node.data, stringBuilder2.toString());
            }
        }
    }


    /**
     * @param bytes 接受字节数组
     * @return 返回List形式
     */
    public static List<Node> getNodes(byte[] bytes) {
        ArrayList<Node> nodes = new ArrayList<>();
        HashMap<Byte, Integer> counts = new HashMap<>();
        for (byte b : bytes) {
            Integer count = counts.get(b);
            if (count == null) {
                counts.put(b, 1);
            } else {
                counts.put(b, count + 1);
            }
        }
        //吧每一个键值转成Node对象，并加入到nodes集合
        for (Map.Entry<Byte, Integer> entry : counts.entrySet()) {
            nodes.add(new Node((entry.getKey()), entry.getValue()));
        }
        return nodes;
    }

    /**
     * 创建对应的赫夫曼树
     *
     * @param nodes 集合
     * @return Node对象
     */
    public static Node createHuffmanTree(List<Node> nodes) {
        while (nodes.size() > 1) {
            // 从小到大
            Collections.sort(nodes);
            // 取出一棵最小的二叉树
            Node leftNode = nodes.get(0);
            // 取出第二棵最小的二叉树
            Node rightNode = nodes.get(1);
            // 创建一棵新的二叉树吗，它的根节点么有data，只有权值
            Node parent = new Node(null, leftNode.weight + rightNode.weight);
            parent.left = leftNode;
            parent.right = rightNode;
            // 将已经处理的两棵二叉树从nodes中删除
            nodes.remove(leftNode);
            nodes.remove(rightNode);

            // 将新的二叉树，加入到nodes
            nodes.add(parent);
        }
        // nodes最后节点，就是赫夫曼树的根节点
        return nodes.get(0);
    }

    private static void perOrder(Node root) {
        if (root != null) {
            root.perOrder();
        } else {
            System.out.println("赫夫曼树为空！");
        }
    }

    /**
     * 编写一个方法，将字符串对应的Bytes[] 数组，通过生成的赫夫曼编码表，返回一个赫夫曼编码，压缩后的byte
     *
     * @param bytes        原始的字符串对应的byte
     * @param huffmanCodes 生成的赫夫曼map
     * @return 赫夫曼编码处理后的byte[]
     */
    public static byte[] zip(byte[] bytes, Map<Byte, String> huffmanCodes) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        // 遍历byte数组
        for (byte b : bytes) {
            stringBuilder.append(huffmanCodes.get(b));
        }
        //    System.out.println("stringBuilder = " + stringBuilder.toString());
        // 统计返回byte[] 的长度
        int len;
        if (stringBuilder.length() % 8 == 0) {
            len = stringBuilder.length() / 8;
        } else {
            len = stringBuilder.length() / 8 + 1;
        }
        // 创建存储压缩后的byte数组
        byte[] huffmanCodeBytes = new byte[len];
        // 记录第几个byte
        int index = 0;
        // 每8位对应一个byte，所以步长+8
        for (int i = 0; i < stringBuilder.length(); i += 8) {
            String strByte;
            // 不够8位
            if (i + 8 > stringBuilder.length()) {
                strByte = stringBuilder.substring(i);
            } else {
                strByte = stringBuilder.substring(i, i + 8);
            }
            // 将strByte转为一个byte，放入到huyffmanCdeBytes
            huffmanCodeBytes[index] = (byte) Integer.parseInt(strByte, 2);
            index++;
        }
        return huffmanCodeBytes;
    }

    //为了调用方便，我们重载 getCodes
    private static Map<Byte, String> getCodes(Node root) {
        if (root == null) {
            return null;
        }
        //处理root的左子树
        getCodes(root.left, "0", stringBuilder);
        //处理root的右子树
        getCodes(root.right, "1", stringBuilder);
        return huffmanCodes;
    }

    /**
     * 封装方法，方便调用
     *
     * @param bytes 原始的字符串对应的字节数组
     * @return 经过赫夫曼编码处理后的字节数组
     */
    public static byte[] huffmanZip(byte[] bytes) {
        List<Node> nodes = getNodes(bytes);
        // 根据nodes创建赫夫曼树
        Node huffmanTreeRoot = createHuffmanTree(nodes);
        // 测试一把是否生成了对应的赫夫曼编码
        Map<Byte, String> huffmanCodes = getCodes(huffmanTreeRoot);
        System.out.println("~生成的赫夫曼编码表= " + huffmanCodes);
        // 根据生成的赫夫曼编码，压缩得到压缩后的赫夫曼编码字节数组
        byte[] huffmanCodeBytes = zip(bytes, huffmanCodes);
        System.out.println("huffmanCodeBytes=" + Arrays.toString(huffmanCodeBytes));//17

        return huffmanCodeBytes;
        //发送huffmanCodeBytes 数组
    }

    /**
     * 完成对数据的解码
     *
     * @param huffmanCodes 赫夫曼编码表map
     * @param huffmanBytes 赫夫曼编码得到的字节数组
     * @return 原来的字符串对应的数组
     */
    private static byte[] decode(Map<Byte, String> huffmanCodes, byte[] huffmanBytes) {
        // 先得到huffmanBytes对饮的二进制的字符串
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        // 将byte数组转为二进制的字符串
        for (int i = 0; i < huffmanBytes.length; i++) {
            byte b = huffmanBytes[i];
            // 判断是不是最后一个字节
            boolean flag = (i == huffmanBytes.length - 1);
            stringBuilder.append(byteToBitString(!flag, b));
        }
        // 把字符串安装指定的赫夫曼编码进行解码
        // 把赫夫曼编码表进行调换，因为反向查询
        Map<String, Byte> map = new HashMap<String, Byte>();
        System.out.println("赫夫曼字节数组对应的二进制字符串=" + stringBuilder.toString());
        for (Map.Entry<Byte, String> entry : huffmanCodes.entrySet()) {
            map.put(entry.getValue(), entry.getKey());
        }
        System.out.println("map = " + map);
        // 创建集合 存放byte
        ArrayList<Byte> list = new ArrayList<>();
        // i理解成索引 扫描stringBuilder
        for (int i = 0; i < stringBuilder.length(); ) {
            int count = 1;
            boolean flag = true;
            Byte b = null;

            while (flag) {
                // 取出一个字符
                // i不动，让count移动，指定匹配到一个字符
                String key = stringBuilder.substring(i, i + count);
                b = map.get(key);
                if (b == null) {
                    // 说明没有匹配到
                    count++;
                } else {
                    // 匹配到
                    flag = false;
                }
            }
            list.add(b);
            // i直接移动到count的位置
            i += count;
        }
        // 当for循环结束后，我们list中就存放所有的字符，把list中的数据放入到
        // list中的数据放入到byte[] 并返回
        byte[] b = new byte[list.size()];
        for (int i = 0; i < b.length; i++) {
            b[i] = list.get(i);
        }
        return b;
    }

    /**
     * 将byte转化成二进制字符串
     *
     * @param flag 标志是否需要补高位 如果是true，表示需要补高位， 是false表示不补
     * @param b    传入的byte
     * @return 该b对应的二进制的字符串(补码返回)
     */
    private static String byteToBitString(boolean flag, byte b) {
        // 变量保存
        int temp = b;
        if (flag) {
            temp |= 256;
        }
        String str = Integer.toBinaryString(temp);
        if (flag) {
            return str.substring(str.length() - 8);
        } else {
            return str;
        }
    }

    /**
     * 将一个文件进行压缩
     *
     * @param srcFile 传入的希望压缩的文件是全路径
     * @param dstFile 压缩后文件放到哪个目录
     */
    public static void zipFile(String srcFile, String dstFile) {
        // 创建输出流
        FileInputStream is = null;
        OutputStream os = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        // 创建文件的输入流
        try {
            is = new FileInputStream(srcFile);
            // 创建源文件大小一样的byte
            byte[] bytes = new byte[is.available()];
            is.read(bytes);
            // 获取到文件对应的赫夫曼编码表
            // 对源文件压缩
            byte[] huffmanBytes = huffmanZip(bytes);
            // 创建文件的输出流，存放压缩文件
            os = new FileOutputStream(dstFile);
            // 创建一个和文件输出流关联的ObjectOutputStream
            oos = new ObjectOutputStream(os);
            // 赫夫曼编码后的字节数组写入压缩文件
            oos.writeObject(huffmanBytes);
            // 对象流的方式写入赫夫曼编码，为了以后恢复源文件使用
            // 把赫夫曼编码写入压缩文件
            oos.writeObject(huffmanCodes);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("e.getMessage() = " + e.getMessage());
        } finally {
            try {
                is.close();
                oos.close();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("e.getMessage() = " + e.getMessage());
            }
        }
    }

    /**
     * 完成对压缩文件的解压
     *
     * @param zipFile 准备解压文件
     * @param dstFile 解压到的路径
     */
    public static void unZipFile(String zipFile, String dstFile) {
        // 定义文件的输入流
        InputStream is = null;
        // 定义一个对象输入流
        ObjectInputStream ois = null;
        // 定义文件的输出流
        OutputStream os = null;
        try {
            // 创建文件输入流
            is = new FileInputStream(zipFile);
            // 创建一个和is关联的对象输入流
            ois = new ObjectInputStream(is);
            // 读取byte数组 hufmanBytes
            byte[] huffmanBytes = (byte[]) ois.readObject();
            //读取赫夫曼编码表
            Map<Byte, String> huffmanCodes = (Map<Byte, String>) ois.readObject();

            //解码
            byte[] bytes = decode(huffmanCodes, huffmanBytes);
            //将bytes 数组写入到目标文件
            os = new FileOutputStream(dstFile);
            //写数据到 dstFile 文件
            os.write(bytes);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("e.getMessage() = " + e.getMessage());
        } finally {
            try {
                is.close();
                os.close();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("e.getMessage() = " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}

class Node implements Comparable<Node> {
    // 存放数据本身
    Byte data;
    // 权值
    int weight;
    // 指向左节点
    Node left;
    // 指向右节点
    Node right;

    public Node(Byte data, int weight) {
        this.data = data;
        this.weight = weight;
    }


    @Override
    public int compareTo(Node o) {
        //从小到大排序
        return this.weight - o.weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Node{" +
                "data=" + data +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }

    public void perOrder() {
        System.out.println(this);
        if (this.left != null) {
            this.left.perOrder();
        }
        if (this.right != null) {
            this.right.perOrder();
        }
    }
}